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蓝鲸新闻6月27日讯(记者 朱俊熹)CAE,Computer-Aided Engineering,也就是计算机辅助工程。这个听起来有些晦涩的专业名词,实际深藏在每个人的日常生活中。从你开的车、坐的高铁,到天上的飞机、海里的船舶,在它们被真正制造出来之前,CAE就已经在背后发挥着设计仿真模拟和测试的作用。
以生产一辆汽车为例,在没有引进计算机手段的年代,工程师们需要先组装出一辆手工样车,对其进行翻滚、碰撞、抗压等测试,一次碰撞测试就毁掉一辆车。而有了CAE软件之后,就可以在计算机中构建出和实物相同的虚拟样机,以极低的成本和极高的效率完成各种测试。
和工业软件中其他类别相似,CAE同样面临着一个严峻的问题:国产化率较低,市场被海外巨头所垄断。产业咨询平台智研咨询的统计显示,2022年中国CAE软件行业市场国产化率为16.2%。《中国工业软件产业白皮书(2020)》也指出,国内市场前十大CAE软件供应商全部为境外企业。
CAE软件服务商昆仑数模的创始人、董事长丁巨岳在接受蓝鲸新闻专访时表示,不同于互联网软件,工业软件的特点是研发周期长、研发迭代速度慢。通常,一般大型工业软件的研发周期需要3至5年的时间,要被市场认可则需要10年左右。“它与工业数据库、工业设计经验息息相关,必须要把工业开发的经验融到软件里面。”
而放眼全球CAE领域,海外巨头ANSYS创立于1970年,已有55年的历史;西门子也是自六七十年代起开始布局CAE产品。国内厂商却经历了一段相对缓慢的发展周期,近二十年才终于迎来上升期。
CAE是一块技术门槛极高、研发周期漫长的硬骨头,推进国产化的攻坚战也注定并不好打。作为中国近代力学之父、中国科学院院士钱伟长先生的弟子,丁巨岳从研究生起就投身于这一方向,“我二十多年来就干了这一件事”。而昆仑数模正是他数十年磨出的利剑,瞄准通用CAE平台的突破方向,一步步破解卡脖子的难题。
做CAE的“仿真通用平台”:难度剧增,价值也越来越大
昆仑数模的核心产品是通用工业CAE仿真平台Generator5(G5),最初由德国工业软件公司从1993年开始研发。2022年,昆仑数模收购了该平台的全部源代码,并在此基础上进行代码重构和国产化开发。
在工业软件行业,一句经典的说法是:它姓“工”不姓“软”。本质上指的是,虽然以软件的形式存在,但工业软件的内核还是在于工业技术的深厚积累。其研发涉及到多学科交叉知识,包括工程力学、物理学、数学、计算机等,共同筑成极高的专业门槛。
丁巨岳坦言,G5原始代码从1993年起开发,其中一些代码出自全球顶尖数学人才之手,程序中很多代码对于大部分的软件高手也无法在短时间内完全看懂。过去,国内在这个方向上的技术人才相对稀缺。即便到了现在,招募合适的团队成员对昆仑数模来说也并不简单。比如在核心算法层面,基本要求是博士学位,不仅得在数学、力学等基础学科有扎实的功底,还要擅长C++等计算机编程语言。“行业中大家经常开玩笑说,这种人基本都快‘绝种’了。”他表示。
G5这款CAE仿真平台和一般的CAE软件有所不同。据丁巨岳介绍,常见的CAE软件通常针对某个单点问题,例如工业零件的刚度强度问题,或设备的散热设计等。但对大型企业而言,不同部门的仿真需求不一样。如果使用不同CAE软件,则需要重复建模,带来更高的开发和交互成本。
在这种情况下,通用平台的价值便显现出来。如果将一般CAE软件想象成单功能的烹饪设备,昆仑数模的G5就更像是一个多功能厨房。它支持结构、电磁、流体等多个工程领域的建模与仿真,就像配备了炒菜区、烤箱区、搅拌区等不同烹饪区,能够协同配合着做出一桌菜来。厨师通过统一的用户界面就能完成各种工作,无需频繁切换不同的工具,还可以根据自己的需求或习惯,对厨房进行定制化的设置。
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丁巨岳指出,虽然通用CAE平台的开发难度呈指数级增长,但又更契合当下的AI时代。相比于多个CAE软件并用,通用平台提供的开发环境是统一的,更便于AI的集中训练和适配。
从全球范围来看,像G5这样的通用CAE仿真平台并不多。美国的Altair公司提供端到端的CAE解决方案平台,覆盖了从前处理、求解到后处理的完整仿真流程。今年3月,西门子宣布完成对Altair的收购,企业估值约为100亿美元。欧洲的BETA CAE Systems提供的是多学科的前处理及后处理工具,在去年6月被EDA巨头Cadence收购。
失落三十年后,工业软件的破局之路
在中国,国产工业软件经历了失落的三十年。
上世纪80年代,在国家机械部、国家科委的扶持下,包括CAE在内的中国工业软件曾迎来一段小阳春。但到了90年代中后期,特别是中国加入世贸组织后,国外工业软件巨头也随之强势进入国内市场,挤占国产软件的生存空间。一种主流看法是:造不如买,买不如租。在工业快速发展的时期,比起等待自主研发的国产软件,企业更愿意直接采用国外相对成熟的产品。
近年来,加强工业软件国产化的呼声渐起。这首先是工业发展的必然趋势,即从无到有、从有到好,逐渐转向高精尖的道路。此外,在国际贸易摩擦升级的宏观背景下,EDA的“断供”案例也为CAE敲响了警钟。特别是兵工、兵装等对信息安全要求极高的行业,对CAE国产化的需求愈发紧迫。
国务院2015年印发的《中国制造2025》中,提出要开发自主可控的高端工业平台软件和重点领域应用软件。“十四五”规划更是指出要重点突破工业软件,研发推广计算机辅助设计、仿真、计算等工具。工信部明确,到2027年要完成约200万套工业软件更新换代任务,包括计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助工程(CAE)、计算机辅助制造(CAM)等方面的相关软件。
各省市也相继出台了对工业软件产业的扶持政策。以上海市为例,2021年制定的《上海市促进工业软件高质量发展三年行动计划(2021-2023年)》提出要突破CAE等研发设计软件的关键技术,通过专项资金等形式加大对工业软件的支持力度,并引导金融机构、社会资本支持工业软件产业发展。
受政策带动,工业软件行业也吸引了一波资本的关注。从2019至2021年,中国工业软件领域的投融资案例数量呈现逐年增多的态势。而工信部电子第五研究所最新公布的《中国工业软件产业发展研究报告(2025)》提到,我国工业软件投融资活动趋稳,聚焦“早期、小型、创新”,研发设计类软件,智能化、专业化工业软件受到资本青睐。
丁巨岳表示,早些年国内资本市场会更偏好那些周期短、见效快的项目,和工业软件的特性并不匹配。在市场环境变化、国家政策导向的影响下,资本开始转向寻找高附加值、高门槛的项目,即使发展周期很长,一旦突破便会形成强技术壁垒,带来持续的回报。
回顾投身于工业软件领域的二十多年,丁巨岳说道,“我是一个乐观主义者。我们的口头禅是‘唐僧取经路上有九九八十一难’,团队经常打趣说软件技术突破的前路上还有各种‘小怪’要打,就见一个打一个吧。”工业软件国产化无疑是条长期主义的道路,他相信如果沉下心来久久为功,距离追赶的目标将会越来越近。
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